基于TGO的GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換工具研究

付寧波 陳艷梅

（1.江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心 江西南昌 330209 2.九江市城市規(guī)劃市政設(shè)計院 江西九江 332000）

1 前言

TGO（Trimble Geomatics Office）是美國天寶公司推出一款測量軟件，TGO具有GPS基線處理、測量網(wǎng)平差、GPS和常規(guī)地形測量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評定和質(zhì)量控制（QA/QC）、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和投影等功能。具有功能齊全、界面操作簡單、圖文并茂、數(shù)據(jù)處理化多樣、效率高與處理結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類工程項目實(shí)踐中。

隨著美國GPS衛(wèi)星系統(tǒng)升級調(diào)整、天寶公司自身利益考慮與產(chǎn)品更新?lián)Q代，廣泛用于GPS控制網(wǎng)平差處理的TGO軟件停止更新升級，無法處理2011年9月14號以后的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)，使用許多熟練應(yīng)用TGO軟件的用戶不得不尋找出新的替代軟件。目前天寶有TTC、TBC兩款軟件可供選擇，TTC軟件比TBC軟件更早推出，但也早已不再更新。TBC是天寶公司新推出的軟件，功能非常強(qiáng)大，并能及時更新升級，但此軟件是收費(fèi)軟件，需要購買軟件狗才能使用，這無疑增加了工程人員的使用成本。

通過多年的TGO工程實(shí)踐應(yīng)用與經(jīng)驗積累，發(fā)現(xiàn)只需通過GPS時間轉(zhuǎn)換與RINEX格式觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)TGO能處理2011年9月14號以后GPS靜態(tài)RINEX格式觀測數(shù)據(jù)處理。通過某數(shù)字城市地理框架的首級GPS控制網(wǎng)實(shí)例，利用VB自編的軟件完成單點(diǎn)與批量RINEX文件轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了TGO軟件的再利用。

2 RINEX文件格式說明

RINEX(ReceiverIndependentExchange)是目前全球GPS測量中普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，該格式采用文本文件存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄格式與接收機(jī)的制造廠商和具體型號無關(guān)。RINEX格式由瑞士伯爾尼大學(xué)天文學(xué)院（Astronomical Institute，University of Berne）制定出[1][2]。 當(dāng)時提出該數(shù)據(jù)格式的目的是為了能夠綜合處理在EUREF89(歐洲一項大規(guī)模的GPS聯(lián)測項目)中所采集的GPS數(shù)據(jù)。該項目采用了來自4個不同廠商共60多臺GPS接收機(jī)。RINEX格式數(shù)據(jù)文件主要包括：RINEX觀測文件（OBS）、RINEX導(dǎo)航文件 (NAV)（包括 GPS，GLONASS，Beidou/Compass， Galileo， QZSS， and/orSBAS）、RINEX氣象文件(MET)、RINEX鐘差文件(CLK)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展與軟硬件技術(shù)的不斷更新，RINEX版本也隨著不斷改進(jìn)與更新，主要版本有：Ver2.00(1993 年發(fā)布)、 Ver 2.10 (2007 年發(fā)布)、SBAS NAV Ver 2.10(2003年發(fā)布)、Ver 2.11(2007年發(fā)布)、Ver 3.00(2007 年發(fā)布)、Ver 3.01(2009 年發(fā)布)、Ver 3.02(2013年發(fā)布)、Ve 3.03(2015年)，最新版本為2015年發(fā)布的Ver.3.03版本，不同版本之間，格式有細(xì)微差別。

3 GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換

TGO無法處理2011年9月14日以后的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)，主要是對GPS時間進(jìn)行了限制，因此，要實(shí)現(xiàn)TGO的再次利用就需要對RINEX觀測文件與導(dǎo)航文件中的時間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.1 GPS時間轉(zhuǎn)換

首先利用GPS時間轉(zhuǎn)換工具將GPS接收機(jī)實(shí)際測量UT時轉(zhuǎn)換為GPS時，如觀測時間為2016年3月9日（UT時），轉(zhuǎn)換后的GPS時為1887GPS周，周內(nèi)天為2，年積日為68天。其次確保轉(zhuǎn)換后的時間在2011年9月14日（GPS周為1653，周內(nèi)天為3，年積日為257天）以前，但必須保持GPS整周變化（轉(zhuǎn)換后的GPS周要小于1653），周內(nèi)天不變。因此，2016年3月9日的GPS測量數(shù)據(jù)，可將GPS時確定為：1643GPS周，周內(nèi)天為2，再利用GPS時間轉(zhuǎn)換工具將GPS時轉(zhuǎn)換為UT時，即轉(zhuǎn)換后的時間為：2011年7月5日。

3.2 RINEX觀測文件（OBS）轉(zhuǎn)換

利用記事本、寫字板或者UltraEdit等文本處理軟件打開RINEX觀測值文件（***.**O），將觀測值文件中的所有的 “16 3 8”（圖1下劃線處）時間替換為“11 7 5”，轉(zhuǎn)換前后的格式要完全一致，空格不能多也不能少。

圖1 RINEX 2.11觀測文件（OBS）

圖1為Trimble轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的 RINEX 2.11觀測文件（OBS）格式，年月日格式為：yy+空格+mm+空格+dd，年、月和日各占兩位，中間以一個空格分開，當(dāng)月和日數(shù)值小于10時前面補(bǔ)一個空格。

圖2 RINEX 3.03觀測文件（OBS）

上圖2為Trimble轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的RINEX 3.03觀測文件 （OBS）格式，年月日格式為：yyyy+空格+mm+空格+dd，月和日數(shù)值小于10時前面不補(bǔ)空格，而是要補(bǔ)“0”。因此替換格式為：“2016+空格+03空格+08”時間替換為“2011+空格+07+空格 05”。

3.3 RINEX導(dǎo)航文件（NAV）轉(zhuǎn)換

RINEX導(dǎo)航文件（NAV）的處理與RINEX觀測值文件一樣，利用記事本、寫字板或者UltraEdit等文本處理軟件打開RINEX導(dǎo)航文件（***.**N），先將導(dǎo)航文件中的所有的 “16+空格+03空格+09”時間替換為“11+空格+07+空格+06”，然后將新的GPS周替換掉實(shí)際觀測時的GPS周，即將“1887”替換為“1643”，但由于查找替換過程會出現(xiàn)多個“1887”，因此為保證準(zhǔn)確性，在實(shí)際轉(zhuǎn)換過程中通常是將“0.188700000000D+04”替換為“0.164300000000D+04”。

圖3 RINEX 2.11導(dǎo)航文件(NAV)

圖3為Trimble轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的 RINEX 2.11導(dǎo)航文件(NAV)格式，年月日格式為：yy+空格+mm+空格+dd，即年、月和日各占兩位，中間以一個空格分開，當(dāng)月和日數(shù)值小于10時前面補(bǔ)一個空格。

圖4 RINEX 3.03導(dǎo)航文件(NAV)

上圖4為Trimble轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的RINEX 3.03觀測文件 （OBS）格式，年月日格式為：yyyy+空格+mm+空格+dd，月和日數(shù)值小于10時前面不補(bǔ)空格，而是要補(bǔ)“0”，因此替換格式為：“2016+空格+03空格+09”時間替換為“2011+空格+07+空格 06”。

圖5 中海達(dá)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的RINEX 2.00導(dǎo)航文件(NAV)

上圖5為中海達(dá)HGO轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換的RINEX2.00導(dǎo)航文件(NAV)格式，與Trimble軟件轉(zhuǎn)換的RINEX文件格式有差別。一是UT時間格式不同，年月日格式為：yy+空格+mm+空格+dd，月和日數(shù)值小于10時前面補(bǔ)空格，而不是補(bǔ)“0”。二是GPS周格式不同，它是 “1.9550000000D+03”而不是類似Trimble 的“0.19550000000D+04”。

利用記事本、寫字板或者UltraEdit等文本處理軟件可實(shí)現(xiàn)單個文件的GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換，但效率低且易出錯，轉(zhuǎn)換結(jié)果難以保證。

4 GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換軟件

在工程實(shí)踐中，GPS控制網(wǎng)采用多臺GPS接收機(jī)靜態(tài)同步觀測，且觀測多個時段。大型GPS控制網(wǎng)觀測時間會跨多天或十幾天，GPS觀測數(shù)據(jù)里非常大，且RINEX格式文件有著非常嚴(yán)格的固定格式，多一個或少一個空格，數(shù)字不在規(guī)定的行或列，GPS軟件處理轉(zhuǎn)換后的RINEX文件時會報錯。因此，利用文本軟件的查找替換等功能已不能滿足RINEX文件轉(zhuǎn)換的要求。為提高GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換的效率，降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時的出錯率，利用VB6.0編寫了批量數(shù)據(jù)處理軟件，如圖6。

圖6 GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換軟件

上圖6為GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換軟件開始界面，該軟件具有以下功能:

1）GPS與UTC時間相互轉(zhuǎn)換；

2）RINEX文件格式規(guī)范性檢查；

3）RINEX觀測文件與導(dǎo)航文件數(shù)量匹配性檢查；

4）單點(diǎn)RINEX文件轉(zhuǎn)換；

5）批量RINEX文件轉(zhuǎn)換（文件夾內(nèi)所有文件）。

軟件界面簡潔，操作簡單，主要步驟如下：

1）GPS觀測時間：輸入GPS測量時的年月日，格式為：YYYY.MM.DD ，如:“2016.3.8”或“2016.03.08”，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換按鈕即可通過內(nèi)置GPS時間轉(zhuǎn)換功能完成UTC至GPS時間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖6，轉(zhuǎn)換后的GPS周為1877，周內(nèi)天為2。

2）轉(zhuǎn)換GPS時間：輸入小于1653的GPS整周數(shù)，保持GPS周內(nèi)天 “2”不變，如圖6輸入的為“16432”，此時轉(zhuǎn)換按鈕變?yōu)榭刹僮?（如果未輸入GPS周，則為灰色不可操作），點(diǎn)擊即可通過內(nèi)置GPS時間轉(zhuǎn)換功能完成GPS至UTC時間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖6，轉(zhuǎn)換后的UTC時間為“2011.7.5”。

3）點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕選擇要轉(zhuǎn)換的RINEX觀測文件（必須選定:**.**O文件），選擇文件后，如果未選擇轉(zhuǎn)換文件，則會彈出提示對話框。如果選擇的RINEX觀測文件命名不規(guī)范，則會彈出提示框。

圖7 RINEX文件轉(zhuǎn)換提示框

4）RINEX觀測文件選擇后，此時右邊的“文件瀏覽”下方的下拉按鈕則由灰色變?yōu)榭刹僮?。下拉按鈕有“全部”、“O 文件”、“N 文件”和“G 文件”文件四個選項，選擇“全部”則統(tǒng)計出所選擇RINEX文件所在目錄下所有的O、N和G文件數(shù)量，如果O文件與N文件個數(shù)不相等，再會彈出檢查提示框。選擇“O文件”、“N文件”和“G文件”選項則分顯示各分類文件的文件名列表；

5）選擇好要轉(zhuǎn)換的文件后，“保存”按鈕則變?yōu)榭捎?，此時可選擇保存RINEX文件轉(zhuǎn)換的路徑。若選擇的路徑無效或為空，則會彈出提示對話框，并要求重新選擇合法的保存路徑。

6）選擇好保存路徑后，“單點(diǎn)轉(zhuǎn)換”與“批量轉(zhuǎn)換”兩個按鈕就由灰色變?yōu)榭衫?，此時點(diǎn)擊“單點(diǎn)轉(zhuǎn)換”則完成所選擇的RINEX觀測文件與RINEX導(dǎo)航文件的轉(zhuǎn)換，如果選擇轉(zhuǎn)換的RINEX觀測文件所對應(yīng)的RINEX導(dǎo)航文件不存在，則會彈出提示對話框。點(diǎn)擊“批量轉(zhuǎn)換”則可完成所選轉(zhuǎn)換文件所在目錄下所有RINEX觀測文件與RINEX導(dǎo)航文件的轉(zhuǎn)換。如果保存路徑與要轉(zhuǎn)換的文件在同一目錄下，則在保存路徑下新建一個“New_TRinex_File”文件夾用于保存轉(zhuǎn)換后的RINEX文件，文件轉(zhuǎn)換后會有提示框。

7）點(diǎn)擊“清除”按鈕則清除所有輸入和顯示的信息，重新回到軟件開始界面，如圖6。

8）本軟件可以完成目前所有版本的GPS RINEX觀測文件、導(dǎo)航文件的轉(zhuǎn)換。

圖8 RINEX文件檢查、保存與轉(zhuǎn)換界面

5 RINEX文件轉(zhuǎn)換應(yīng)用實(shí)例分析

以數(shù)字瑞金城市地理空間框架布設(shè)的D級GPS控制網(wǎng)質(zhì)檢項目為實(shí)例，驗證RINEX文件轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性及TGO軟件再利用性。GPS網(wǎng)共布設(shè)10個D級點(diǎn)，抽取4個D級GPS點(diǎn)野外實(shí)地檢測，采用四臺Trimble GEO XR儀器進(jìn)行同步靜態(tài)相對觀測1個時段[3]，觀測時間為2016年12月27日(GPS周為1929，周內(nèi)天為2)，同步觀測時間為65分鐘。將觀測的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX 2.11格式，利用GPS與RINEX軟件將時間轉(zhuǎn)換為2011年7月26日（GPS周為 1646，周內(nèi)天為 2）。

圖9 TGO處理原始RINEX文件界面

圖10 TGO處理轉(zhuǎn)換后RINEX文件界面

圖9為TGO處理原始RINEX文件界面，由于GPS時間的限制，TGO無法進(jìn)行GPS基線解算并彈出錯誤提示框。圖10為TGO處理轉(zhuǎn)換后的RINEX文件并完成GPS基線解算，6條基線接受，0條拒絕。為檢驗處理結(jié)果的正確性，將TGO處理結(jié)果與Trimble TBC軟件處理進(jìn)行比較 （處理時D006與D009為固定點(diǎn)，D004與D010兩點(diǎn)為檢驗點(diǎn)），處理結(jié)果如下：

表1 TBC與TGO解算坐標(biāo)比較

表2 TBC與TGO解算投影邊長比較

TBC是比TGO的更先進(jìn)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，其比TGO要更先進(jìn)，從表1和表2可知，TGO處理結(jié)果可靠，值得信賴。

6 結(jié)論

通過GPS時間與UTC時間相互轉(zhuǎn)換，采用簡單易行的方法實(shí)現(xiàn)RINEX文件格式的轉(zhuǎn)換，利用編制GPS時間與RINEX文件轉(zhuǎn)換軟件，實(shí)現(xiàn)了TGO軟件再利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]UNAVCO Facility.http://www.unavco.org/help/glossary/glossary.html#RINEX.

[2]李征航，黃勁松.GPS 測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[3]GB/T 18314-2009，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.